嵌入式系統(tǒng)中的內(nèi)存壓縮技術(shù)

摘要：介紹內(nèi)存壓縮技術(shù)和一個(gè)基于硬件的內(nèi)存壓縮系統(tǒng)模型，探討內(nèi)存壓縮技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用；重點(diǎn)介紹內(nèi)存壓縮系統(tǒng)的硬件要求及操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存壓縮機(jī)制的支持；簡(jiǎn)單介紹內(nèi)存壓縮中常用的算法Lempel-Ziv，并就內(nèi)存壓縮技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題作一些探討。

    關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 內(nèi)存壓縮 壓縮內(nèi)存控制器 Lempel-Ziv算法

1 內(nèi)存壓縮技術(shù)介紹

為節(jié)省存儲(chǔ)空間或傳輸帶寬，人們已經(jīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛地使用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。在磁介質(zhì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，人們使用基于硬件或軟件的各種壓縮技術(shù)。當(dāng)壓縮技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都很流行時(shí)，內(nèi)存壓縮技術(shù)卻由于其復(fù)雜性而一直未得到廣泛使用。近年來(lái)，由于在并行壓縮一解壓算法以及在硅密度及速度方面取得的進(jìn)展，使得內(nèi)存壓縮技術(shù)變得可行。

內(nèi)存壓縮技術(shù)的主要思想是將數(shù)據(jù)按照一定的算法壓縮后存入壓縮內(nèi)存中，系統(tǒng)從壓縮內(nèi)存中找到壓縮過(guò)的數(shù)據(jù)，將其解壓后即可以供系統(tǒng)使用。這樣既可以增加實(shí)際可用的內(nèi)存空間，又可以減少頁(yè)面置換所帶來(lái)的開(kāi)銷，從而以較小的成本提高系統(tǒng)的整體性能。

內(nèi)存壓縮機(jī)制是在系統(tǒng)的存儲(chǔ)層次中邏輯地加入一層——壓縮內(nèi)存層。系統(tǒng)在該層中以壓縮的格式保存物理頁(yè)面，當(dāng)頁(yè)面再次被系統(tǒng)引用時(shí)，解壓該壓縮頁(yè)后，即可使用。我們將管理這一壓縮內(nèi)存層的相關(guān)硬件及軟件的集合統(tǒng)稱為內(nèi)存壓縮系統(tǒng)。內(nèi)存壓縮系統(tǒng)對(duì)于CPU、I/O設(shè)備、設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用軟件來(lái)說(shuō)是透明的，但是操作系統(tǒng)必須具有管理內(nèi)存大小變化以及壓縮比率變化的功能。

對(duì)于大多數(shù)的操作系統(tǒng)而言，要實(shí)現(xiàn)內(nèi)存壓縮，大部分體系結(jié)構(gòu)都不需要改動(dòng)。在標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)中，內(nèi)存都是通過(guò)固定數(shù)目的物理頁(yè)框（page frame）來(lái)描述的，由操作系統(tǒng)的VMM來(lái)管理。要支持內(nèi)存壓縮，OS要管理的實(shí)際內(nèi)存大小和頁(yè)框數(shù)目是基于內(nèi)存的壓縮比率來(lái)確定的。這里的實(shí)現(xiàn)內(nèi)存是指操作系統(tǒng)可的內(nèi)存大小，它與物理內(nèi)存的關(guān)系如下：假設(shè)PM是物理內(nèi)存，RM（t）是系統(tǒng)在t時(shí)刻的實(shí)際內(nèi)存，而CR（t）是壓縮比率，在給定時(shí)刻t可支持的最大實(shí)際內(nèi)存為RM（t）=CR1（t）×PM。然而，由于應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)壓縮率是不依賴于OS而動(dòng)態(tài)變化的，未壓縮的數(shù)據(jù)可能會(huì)耗盡物理內(nèi)存，因此當(dāng)物理內(nèi)存接近耗盡時(shí)，操作系統(tǒng)必須采取行動(dòng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

2 內(nèi)存壓縮系統(tǒng)的硬件模型

目前由于內(nèi)存壓縮的思想越來(lái)越引起人們的注意市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一些基于軟件的內(nèi)存壓縮器。這些內(nèi)存壓縮器主要是通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，但由于訪問(wèn)壓縮數(shù)據(jù)帶來(lái)的延遲，它在系統(tǒng)性能方面改進(jìn)并不明顯，有些甚至降低了系統(tǒng)

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